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藻类的防御机制可以有效地抑制海洋污染

2020-01-07 126藻类

约翰内斯古腾堡大学美因茨分校(JGU)的化学家们已经开发出一种可靠的方法来阻止有害的海水污染,这种方法有效、经济、环保。污染可以发生,例如,由于细菌、藻类或软体动物在港口设施、船壳和水产养殖网中生长的结果。由此造成的损害和相应的成本可能是巨大的。据估计,仅在航运业,这相当于每年2000亿美元。用于容器的防护涂层通常含有铜基杀菌剂。它们的缺点是对环境有害,同时也会产生抗药性。为了找到替代方案,位于美国缅因州的Wolfgang Tremel教授的研究团队决定模拟藻类的防御机制,并证实二氧化铈纳米颗粒可以有效地防止污染。这一发现可能有助于生产新的保护涂料,比目前使用的船体涂料对环境的危害小得多。

藻类的防御机制可以有效地抑制海洋污染

藻类的防御机制可以有效地抑制海洋污染,海藻利用次生代谢产物为自己提供一种对抗微生物和捕食者的化学防御。这些卤化的次生代谢物特别防止细菌生物膜、其他藻类,甚至藤壶附着在更大的藻类、海绵和其他生物上并在其上生长。例如,由红藻产生的卤化化合物可以抑制细菌污染,但既不有毒也不妨碍生长。相反,他们破坏了所谓的群体感应。在信使物质的帮助下,细菌利用信使物质进行交流,从而形成生物膜。由海藻合成的卤代化合物的结构与这些物质相似,导致细菌受体被阻断,抑制了细菌基因调控向生物膜形成的转变。这种干扰细菌基因调控的形式也具有制药价值,因为已知致病菌可以通过形成生物膜(例如在呼吸系统的上皮上)来保护自己免受免疫系统的攻击和抗生素的影响。

藻类的防御机制可以有效地抑制海洋污染,这个自然防御过程已经被位于美因茨的化学家团队使用二氧化铈纳米颗粒模拟。“现场测试表明,二氧化铈是一个生态可接受的替代赤铜矿,物质被用作抗微生物剂和硫氰酸铜和铜吡啶在防污涂料浓度高达50%,”Wolfgang Tremel教授解释一起进行研究所的无机化学和分析化学。但这些铜化合物是有毒的,会在环境中积累。这就是为什么一些国家,如加拿大和丹麦,对铜基防污涂料的使用施加了严格的限制。

是除含铜的杀菌剂外,又经济又环保的选择

“所有现代汽车的催化转换器都使用二氧化铈。它是无毒的,化学性质非常稳定,”Karoline Herget补充道,她的博士论文就是关于这个项目的。她相信二氧化铈是一种实用和经济的传统生物杀灭剂的替代物。

二氧化铈是稀土元素铈的氧化物,是稀土金属提取过程中的副产品。尽管铈属于稀土元素,但它本身并不特别稀有。因此,它的成本与铜(氧化铜)相当,尽管它的有效量要低得多。他说:“新一代防污涂料模拟了海洋生物的自然防御系统,我们所使用的是新一代防污涂料的环保成分。重要的是,它不仅在实验室条件下有效,而且在水生环境中实际使用时也有效。”带有氧化铈涂层的钢板可以在海水中暴露数周,而不会被细菌、藻类、软体动物或藤壶覆盖。与传统水基涂料相比,基准样品在同一时间段内会产生大量污垢。

生物膜几乎无处不在。它们存在于饮用水管道和净化设备中,存在于地下水、水过滤和冷却系统中,存在于几乎所有的表面,如食品包装、门把手、按钮、键盘和其他塑料元件中。与使用杀菌剂和抗生素进行斗争有关的主要问题是产生耐药性的风险。通过应用二氧化铈粒子的表面涂层,可以以一种生态上可接受的方式有效地克服这一缺点。因此,这项创新技术在船舶和室外涂料、屋顶覆盖物、室外纺织品、用于海水淡化的聚合物膜、水产养殖的围护结构以及许多塑料部件等领域具有潜在的应用价值。

该研究项目是与巴斯夫合作进行的,研究结果发表在《先进材料》杂志上。

引用

Universität Mainz. "Defense mechanism employed by algae can effectively inhibit marine fouling." ScienceDaily. ScienceDaily, 2 February 2017.
www.sciencedaily.com/releases/2017/02/170202141033.htm.

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